Summary
토양 표면의 상부 5mm의 온도와 수분 함량을 정확하게 측정하면 생물학적, 화학적, 물리적 공정에 대한 환경 제어에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다. 여기에서는 토양 표면 온도 및 수분 센서를 통해 측정을 제조, 교정 및 수행하기 위한 프로토콜을 설명합니다.
Abstract
토양 표면의 온도와 수분을 정량화하는 것은 토양 표면의 비오타가 환경의 변화에 어떻게 반응하는지 이해하는 데 필수적입니다. 그러나 토양 표면에서 이러한 변수는 매우 동적이며 표준 센서는 토양 프로파일의 상부 몇 밀리미터에서 온도 또는 수분을 명시적으로 측정하지 않습니다. 이 백서에서는 토양 표면의 상부 5mm의 온도와 수분을 동시에 측정하는 간단하고 저렴한 센서제조 방법을 설명합니다. 센서 구조 외에도 품질 관리 단계와 다양한 기판 교정에 대한 설명이 있습니다. 이 센서는 E형 열전대를 통합하여 센서 끝부분에 있는 두 개의 금도금 금속 프로브 사이의 저항을 5mm 깊이로 측정하여 온도를 측정하고 토양 수분을 평가합니다. 여기에 제시된 방법은 다양한 깊이 또는 기판에 맞게 프로브를 사용자 지정하도록 변경할 수 있습니다. 이 센서는 다양한 환경에서 효과적이며 열대 우림에서 수개월 동안 폭우를 견뎌왔으며 미국 남서부 사막의 강렬한 태양 복사를 견뎌낸 결과 이러한 센서의 효과를 평가합니다. 지구 변화 실험에서 토양 표면의 온난화, 건조 및 동결.
Introduction
환경 센서는 생태계 역학을 평가, 모니터링 및 이해하는 데 중요한 도구입니다. 온도와 수분은 토양에서 생물학적 과정의 근본적인 동인이며 토양 생물의 활동 및 지역 사회구성에영향을 미치는1,2. 또한, 온도와 수분은 모종의 출현과 쓰레기 분해 율3,4,5의타이밍에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 건국 생태계에서 혈관 식물로 덮여 있지 않은 토양 표면은 종종 생물학적 토양 지각 (biocrust)으로 알려진 이끼, 지의류 및 시아노 박테리아의 커뮤니티로 덮여 있습니다(그림 1). 이러한 공동체는 토양 표면에 존재하며 거의 토양6에몇 밀리미터보다 더 깊은 침투하지 않습니다. 생물학적 토양 지각은 토양 안정화, 물 침투 및 증발 속도, 알베도, 온도, 영양 순환 및 토양 대기CO2 교환7,8,9에강하게 영향을 미칠 수 있습니다. 차례로, 일부 시스템의 경우, 이들 표면 공동체의 활동은 전체적인 토양 특성 및 다양한 공정의 비율을 지배할 수있다 10. 얕은 깊이에 측정을 명시적으로 집중하는 센서는 서핑 온도와 습기가 종자 발아, 분해 속도 및 토양 표면 비오타 반응뿐만 아니라 다른 많은 생태계 기능에 미치는 영향을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.
최근 토양 센서 기술의 발전은 토양표면(11,12)에서생물학적 공정을 이해하기 위한 공간적 명시적 측정의 중요성을 보여주었다. 토양 수분을 분석하는 기존의 방법은 토양 표면 아래에 배치 된 센서를 통합하고 종종 깊이에 걸쳐 측정을 통합합니다. 이 프로브에 의해 기록 된 토양 수분은 토양 유기체에 대한 환경 제어에 대한 우리의 이해를 알리는 데 도움이 될 수 있지만, 토양 표면에서 발생하는 뉘앙스의 많은 부분을 놓칠 가능성이 높습니다. 토양의 상위 몇 밀리미터의 수분 함량을 명시적으로 측정하기 위해, Weber 등은 최근 토양 표면의 전기 전도도를 통해 토양 수분을 3mm11의깊이로 결정하는 바이오 크러스트 습윤 성 프로브 (BWP)를 개발했습니다. 터커 등은 웨버의 센서를 0~5cm 의 통합 수분 프로브와 함께 사용하여 토양 표면의 상단 몇 밀리미터에 초점을 맞춘 수분 센서의 중요성을 입증했습니다. 특히, 바이오크러스트 커뮤니티의 활성과 매우 관련이 있는 작은 강수량 이벤트는 0-50 mm(즉, 5cm) 통합 프로브에 등록되지 않았으며 BWPs12에의해서만 검출되었다. 상부 수 밀리미터의 토양에 초점을 맞춘 센서는 표면을 지나침을 침투하기에 충분하지만 표면의 비오타로부터 반응을 유도하기에 충분한 수분 이벤트를 측정하는 데 필수적입니다.
토양 표면 온도는 생리적 과정을 구동하는 또 다른 중요한 환경 요소입니다. 대각선 토양 표면 온도는 특히 무그늘진 토양 표면이 다량의 태양 복사에 노출되는 식물 간 공간에서 매우 가변적일 수 있습니다. 또한, 토양 표면에서 온도는 토양프로파일(13) 또는공기(14)에서더 깊은 것보다 더 가변적이다. 예를 들어, Tucker 등은 24시간 동안 발생하는 거의 60°C(13-72°C)의 최대 일주 토양 표면 온도 범위를 나타내었습니다. 이러한 온도는 토양 표면에 3mm 삽입된 열전대를 사용하여 측정되었습니다. 한편, 인근 온도 프로브는 50 mm 깊이에서 같은 날12일동안 30°C(22-52°C)의 범위를 측정하였다. 토양 표면의 온도를 명시적으로 측정하는 열전대는 50mm 깊이의 센서보다 훨씬 높은 편차를 보였으며, 표면 토양은 밤에는 10 °C, 50mm 깊이값에 비해 낮의 열 동안 20 °C 더 따뜻했습니다.
온도는 생리적 과정에 대한 중요한 제어를 나타냅니다. 예를 들어, 실험실 조건에서 일정한 토양 수분에서, 토양에서CO2 손실은 대부분의생태계2,15,16의온도 증가와 함께 극적으로 증가한다. 유사하게, 대조군을 기준으로 플롯 온도를 증가시키는 것을 목표로 하는 현장 기후 조작 연구에서 데이터는 온난한 토양이 근처의 가열되지 않은 토양보다 더 많은CO2를 방출한다는 것을 보여주었다 (적어도 치료 의 첫 해17,18)및 생물 껍질 토양온난화에 유사한 반응을 나타낸다7,9. 온도와 수분 모두 토양 표면기후 조건을 정확하게 포착할 수 있는 중요한 환경 변수 및 센서가 토양표면(11,12)에서생물의 생리적 과정에 미치는 영향을 해명할 수 있는 것으로 입증되었다.
이 백서는 온도와 습기를 토양 표면 아래 5mm 깊이까지 측정하도록 설계된 센서를 제공하므로 이러한 변수가 surficial biota에서 생물학적 반응을 어떻게 상호 작용하고 유도하는지 평가하는 데 상당한 힘을 제공합니다. 타입 E 열전대는 두 개의 금속(크롬및 콘스탄탄)으로 만들어졌으며, 금속의 온도 변화는 데이터 로거에 의해 기록되는 다른 전압을 생성합니다. 토양 수분 센서는 두 개의 금도금 금속 프롱 사이의 저항을 측정합니다. 저항은 토양 수분 함량에 의해 영향을, 더 많은 물이 전도도를 증가시키고, 따라서 프롱 사이의 저항을 감소하기 때문에. Weber 등11의설계에 따라 이 센서는 토양 수분을 5mm 깊이로 측정하고 동일한 프로브의 온도를 측정하는 열전대를 추가로 포함합니다. 이 센서를 통해 단일 프로브를 사용하여 토양 표면에서 온도 및 수분 역학이 어떻게 달라지는지 세련되게 볼 수 있습니다. 이 탐사선은 표면에 사는 유기체가 환경의 변화에 어떻게 반응하는지 탐구할 수 있는 무수한 기회를 제공합니다. 이러한 센서의 또 다른 이점은 비교적 간단하고 저렴하여 구축하고 교정할 수 있으며, 연구원들은 쉽게 사용할 수 있다는 점입니다.
다음 프로토콜은 센서를 데이터 로거에 연결하기 위한 개요를 포함하여 센서를 구성하는 재료 및 방법을 자세히 설명합니다. 이러한 센서는 시판되는 로거를 사용했지만 멀티플렉서에 연결할 수 있는 모든 데이터 로거를 사용할 수 있습니다. 관심 있는 기판에 센서를 교정하는 방법도 설명되어 있습니다.
Protocol
1. 제조 센서
- 적절한 케이블 길이를 잘라냅니다.
- 데이터 로거 위치에서 원하는 센서 배치까지의 최대 거리를 결정합니다. 케이블의 벤드, 장애물 및 데이터 로거에 대한 부착에 필요한 추가 케이블 길이를 고려합니다.
- 모든 열전대와 토양 수분 케이블을 원하는 최대 길이로 자른다. 케이블 길이의 차이로 인해 센서 간의 저항이 가변될 수 있습니다. 모든 센서 케이블 길이를 동일하게 유지하면 이 문제를 피할 수 있습니다.
- 열전대 케이블을 준비합니다.
- 케이블 재킷의 끝에서 4−5cm를 제거합니다.
- 새로 노출된 작은 직경의 칼집을 전선 끝에서 5mm 떨어진 곳에서 제거합니다.
- 아크는 와이어의 노출 된 팁을 함께 용접하고 와이어를 부드럽게 잡아 당겨 새 용접의 강도를 테스트하여 분리되지 않도록합니다.
주의: 아크 용접 시 발생하는 방사능으로부터 보호하기 위해 용접 헬멧 또는 페이스 쉴드를 사용해야 합니다. 잠재적인 충격을 피하기 위해 작업 환경의 모든 것을 건조한 상태로 유지하십시오. 통풍이 잘 되는 곳에서 작업하여 호흡 영역에서 연기나 가스를 유지하십시오. - 열전대 케이블의 아크 용접 팁을 액체 전기 테이프에 담그면 노출된 전선을 보호합니다. 액체 전기 테이프는 전선의 노출 된 금속과 작은 직경의 와이어 칼집의 적어도 3mm를 덮어야합니다.
주의: 액체 전기 테이프에는 호흡기를 자극할 수 있는 인화성 증기가 있습니다. 화염에서 멀리 떨어진 통풍이 잘 되는 곳에서 사용하십시오. 눈과 피부에 직접 노출되지 않도록 하여 자극을 유발할 수 있습니다. - 액체 전기 테이프가 제조업체의 지시에 따라 약 4시간 동안 건조되도록 하십시오.
- 0.13인치(~3.3mm) 수분 밀봉 열 수축 튜브를 작은 직경의 외피의 액체 전기 테이프와 써모커플 케이블 재킷(약 6cm 길이)의 1cm 이상을 덮을 수 있을 정도로 긴 수분 밀봉 열 수축 튜브를 잘라냅니다. 와이어를 열 수축 튜브에 삽입하고 튜브를 케이블 재킷 위로 다시 이동합니다. 이후 단계(1.5.3단계)까지 열을 가할 때까지 기다립니다.
- 토양 수분 케이블을 준비합니다.
- 케이블 재킷의 끝에서 5cm를 제거합니다.
- 케이블 재킷에서 접지 선(칼집 없음)을 잘라 재킷 너머로 노출되지 않도록 합니다.
- 토양 수분 와이어의 끝에서 내부 작은 직경 칼집의 1cm를 스트립.
- 각 와이어의 노출된 금속을 비틀어 작은 가닥을 통합합니다.
- 각 와이어 단부에서 노출된 금속에 솔더를 적용하여 작은 꼬인 가닥을 주석.
주의: 납땜에 필요한 매우 뜨거운 악기를 사용할 때는 주의해야 합니다. 통풍이 잘되는 장소에서 납땜하고 적절한 눈과 피부 보호 기능을 착용하십시오. - 케이블 재킷이 주석 와이어의 끝까지 벗겨진 곳보다 1cm 더 긴 열 수축 튜브에서 0.38의 조각을 잘라냅니다. 이 튜브를 두 와이어 위에 놓고 케이블 재킷 위로 다시 밀어 나중에 제자리에 고정합니다.
- 0.13인치(~3.3mm)의 1.5cm 크기의 수분 밀봉 열 수축 튜브를 두 개 자르고 각 와이어 위에 1개를 놓습니다. 와이어를 2구 소켓 스트립에 납땜할 때까지 가열하지 마십시오.
- 두 갈래 소켓 스트립의 프롱에 솔더 플럭스를 적용합니다.
- 와이어의 주석 끝을 두 갈래 소켓 스트립의 끝에 납땜합니다. 두 끝이 닿지 않도록 두 끝을 분리하여 유지하십시오.
- 0.13인치(~3.3mm)의 수분 밀봉 열 수축 튜브를 두 갈래 소켓 스트립의 베이스로 이동하여 모든 금속 부품이 덮이도록 합니다. 열 총을 사용하여 열 수축 튜브를 부착하고 튜브 아래의 솔더를 과열하고 녹이지 않도록주의하십시오.
- 0.38인치(~10mm) 수분 밀봉 열 수축 튜브를 2구 소켓 스트립 의 끝에서 1mm로 이동하여 소켓 스트립, 소형 직경 와이어 및 일부 케이블 재킷을 덮습니다. 히트 건을 사용하여 이 열 수축 튜브를 제자리에 고정하십시오.
- 센서 헤드의 단자 스트립을 변경합니다.
- 8구 단자 스트립을 수정하려면 스트립의 방향을 조정하여 상단 프롱이 시야에서 멀어지도록 합니다. 와이어 스닙을 사용하여 왼쪽에서 두 번째, 네 번째 및 일곱 번째 갈래를 검은색 플라스틱 접촉 스트립 바로 아래에서 잘라냅니다(그림2).
- 검은 색 플라스틱 접촉 스트립 아래 5mm를 측정하고 왼쪽에서 세 번째, 다섯 번째 및 여섯 번째 갈래를 5mm마크로 잘라내세요. 이 길이는 다른 연구 질문에 맞게 수정할 수 있습니다.
- 센서 헤드를 조립합니다.
- 0.5 인치 (~13mm)의 2 개의 1cm 조각을 자르십시오 (~13mm) 수분 밀봉 열 수축 튜브를 각 열전대 및 토양 수분 케이블 위에 하나씩 밀어 넣습니다.
- 열전대 와이어의 아크 용접 단부가 세 번째 잘린 갈래 의 상단 위로 이동하여 열전대의 끝이 잘린 갈래의 끝을 향하도록 합니다. 와이어를 구부려 프롱의 상단 곡선을 따릅니다.
- 0.13인치(~3.3mm)의 수분 밀봉 열 수축 튜브(단계 1.2.6)를 프롱 및 써모커플 와이어의 곡면 부분 위로 밀어 올려 줍니다. 열 수축 튜브가 열전대 케이블 재킷의 일부를 덮고 있는지 확인하고 히트 건을 사용하여 열 수축 튜브를 제자리에 부착하십시오. 손가락으로 구부러진 갈래 위에 있는 열 수축 튜브의 일부를 손가락으로 짜서 고정합니다.
- 2갈래 소켓 스트립에 5와 6의 상단 곡선 끝을 삽입합니다(그림2).
- 상단 0.5(~13mm) 크기의 수분 밀봉 열 수축 튜브를 센서 헤드 쪽으로 이동하여 머리에서 약 1cm 떨어진 위치에 놓습니다. 히트 건을 사용하여 소켓 스트립을 5 및 6프롱과 3의 열전대 와이어에 단단히 연결하도록 주의하십시오.
- 열 총을 사용하여 다른 0.5 인치 (~13mm) 크기의 수분 밀봉 열 수축 튜브를 이전 의 열 수축 튜브 조각 뒤에 몇 센티미터 부착하십시오.
- 써모커플 와이어와 프롱 3의 모든 면에 액체 전기 테이프를 바하십시오.
- 소켓 스트립 연결의 모든 면에 액체 전기 테이프를 적용하여 노출된 모든 금속이 덮여 있는지 확인합니다. 그러나 이 연결과 관련된 5mm 클리핑 된 프롱을 덮지 마십시오(그림 3).
2. 센서를 데이터 로거 및 멀티플렉서에 연결
참고: 이러한 센서는 데이터 로거에 연결된 멀티플렉서와 함께 사용해야 합니다. 이 프로토콜의 모든 단계는 재료 표에 나열된 데이터 로거 및 멀티플렉서와 함께 사용할 수 있습니다(다른 데이터 로거도 작동함). 측정 시간마다 데이터 로거는 멀티플렉서에 대한 통신을 열어 릴레이 역할을 하며 전류가 저항 센서로 흐를 수 있도록 합니다.
- 오디오 와이어를 사용하여 멀티플렉서를 데이터 로거에 연결합니다. 데이터 로거의 COM 포트를 멀티플렉서의 RES 포트에 연결합니다. 데이터 로거의 별도의 COM 포트를 멀티플렉서의 CLK 포트에 연결합니다. 데이터 로거의 G 및 12V 포트를 각각 멀티플렉서의 GND 및 12V 포트에 연결합니다.
- VX 포트와 데이터 로거에 H DIFF 포트 사이에 스루홀 1 kΩ ± 0.1% 저항자를 연결하여 데이터 로거에 전압 분배자를 생성합니다.
- 이 전압 분배기에서 멀티플렉서에 접지된 두 개의 오디오 와이어를 연결합니다. 전압 디바이더가 데이터 로거에 연결된 동일한 H DIFF 포트에서 멀티플렉서의 COM ODD L 포트에 와이어를 연결합니다. 다른 와이어가 데이터 로거의 접지 포트를 멀티플렉서의 COM ODD H 포트에 연결해야 합니다. 접지 선이 데이터 로거에서 멀티플렉서의 접지에 접지를 연결하는지 확인합니다.
- 유형 E 열전대 와이어를 데이터 로거 및 멀티플렉서에 연결합니다. 보라색 와이어는 데이터 로거의 DIFF 1 H 포트를 멀티플렉서의 COM EVEN H 포트에 연결합니다. 빨간색 와이어는 데이터 로거의 DIFF 1 L 포트를 멀티플렉서의 COM EVEN L 포트에 연결합니다. 데이터 로거와 멀티플렉서 모두에서 접지 선이 접지에 연결되는지 확인합니다.
- 멀티플렉서를 4 x 16 모드로 변경합니다.
- 센서를 멀티플렉서에 연결합니다. 토양 수분 오디오 케이블은 H에 검은 색 와이어와 L. Thermocouple 와이어에 빨간색 와이어와 ODD 포트에 연결 H에 보라색 와이어와 L에 빨간색 와이어와 EVEN 포트에 연결합니다. 열전대 와이어의 순서는 적절한 측정에 매우 중요합니다.
3. 센서 테스트
- 리드 솔더 및 솔더 플럭스를 사용하여 2구 소켓 커넥터의 프롱에 필름 저항기의 끝을 납땜합니다.
- 테스트할 모든 센서를 멀티플렉서에 연결합니다.
- 데이터 로깅 프로그램을 조정하여 30s마다 스캔하거나 여러 센서를 스캔하는 데 선호되는 주파수로 조정합니다.
- 수분 센서의 경우 필름 저항이 있는 소켓 커넥터를 센서의 5및 6프롤에 놓고 데이터 로거에서 데이터를 기록합니다.
- 각 센서에 저항기를 배치하여 모두 동일한 판독값을 제공하도록 합니다.
- 열전대 데이터를 모니터링하여 유사한 온도를 감지하는지 확인합니다.
- 온도 센서의 경우 열전대 끝을 두 손가락 사이에 배치하여 온도가 그에 따라 변하도록 합니다.
4. 센서 교정
참고: 이 섹션에서는 센서 출력을 토양 수분과 연관하는 프로세스에 대해 설명합니다.
- 교정 센서 헤드를 제조합니다.
- 토양 수분 케이블에서 재킷의 12cm를 스트립.
- 와이어에서 호일 차폐를 제거합니다.
- 두 내부 작은 직경 토양 수분 와이어의 10cm 길이를 잘라.
- 각 와이어의 양쪽 끝에서 약 1cm의 칼집을 제거합니다.
- 각 끝의 작은 와이어를 비틀고 납땜 인두로 주석을 누십시오.
- 8구 단자 스트립을 1.4.1 단계 및 1.4.2단계와 동일한 사양으로 수정합니다.
- 단자 5와 6의 상단 곡선에 솔더 플럭스를 적용합니다.
- 8구 단자 스트립에서 와이어를 5번과 6구의 상단 곡선으로 납땜합니다.
- 8구 단자 스트립의 두 개의 외부 프롱을 5mm로 잘라냅니다.
- 2cm 의 조각을 배치 0.13 에 (~ 3.3 mm) 수분 밀봉 열 수축 튜브 두 전선에.
- 열 수축 조각을 수정된 센서 헤드에 최대한 가깝게 부착합니다.
- 0.13인치(~3.3mm)의 2cm 크기의 수분 밀봉 열 수축 튜브를 두 와이어에 각각 하나씩 두 개의 와이어에 놓습니다. 이후 단계에서 제자리에 부착할 때까지 기다립니다.
- 4구 단자 스트립의 두 개의 긴 중간 갈래를 1cm로 자른다.
- 4구 단자 스트립의 중간 갈래의 상단 곡선 끝에 솔더 플럭스를 적용합니다.
- 두 와이어의 자유 단부가 4갈래 단자 스트립의 절단 갈래로 납땜되어 상위 4개의 곡선 프롱이 수정된 센서 헤드에서 멀어지도록합니다(그림 4).
- 이전에 배치된 수분 밀봉 열을 4구 단자 스트립의 베이스까지 이동하여 제자리에 가열합니다.
- 보정을 위해 토양 수분 케이블을 준비합니다.
- 현장에서 사용되는 센서와 동일한 길이의 토양 수분 케이블을 잘라냅니다.
- 끝에서 5cm로 케이블의 재킷을 스트립.
- 케이블 재킷에서 접지 선(칼집 없음)을 잘라 재킷 너머로 노출되지 않도록 합니다.
- 토양 수분 와이어의 끝에서 작은 직경 와이어 칼집의 1cm를 스트립.
- 각 와이어의 노출된 금속을 비틀어 작은 가닥을 통합합니다.
- 각 와이어 단부에서 노출된 금속에 솔더를 적용하여 작은 꼬인 가닥을 주석.
- 6cm 조각을 0.38 인치 (~10mm) 수분 밀봉 열 수축 튜브를 잘라 두 와이어 위에 놓고 케이블 재킷 위로 밀어 나중에 부착하십시오.
- 0.13(~3.3mm)의 열 수축 튜브에 1.5cm 크기의 두 조각을 자르고 각 와이어위에 1개를 놓습니다. 와이어가 2구 소켓 스트립에 납땜될 때까지 열을 가하지 마십시오.
- 두 갈래 소켓 스트립의 프롱에 솔더 플럭스를 적용합니다.
- 와이어의 주석 끝을 두 갈래 소켓 스트립의 끝에 납땜합니다. 두 끝이 닿지 않도록 두 끝을 분리하여 유지하십시오.
- 0.13인치(~3.3mm)의 수분 밀봉 열 수축 튜브를 두 갈래 소켓 스트립의 베이스로 이동하여 모든 금속 부품이 덮이도록 합니다. 열 총을 사용하여 튜브 아래의 솔더를 과열하고 녹이지 않도록 주의하면서 열 수축 튜브를 제자리에 부착하십시오.
- 0.38인치(~10mm) 수분 밀봉 열 수축 튜브(4.2.7 단계에서)를 2구 소켓 스트립 의 끝에서 1mm로 이동하여 소켓 스트립, 소형 직경 와이어 및 일부 케이블 재킷을 덮습니다. 히트 건을 사용하여 열 수축 튜브를 제자리에 부착하십시오.
- 보정 토양 용기를 작성합니다(그림5).
- 뚜껑 상단에서 50 mL 폴리 프로필렌 일회용 원심 분리튜브 4cm를 잘라. 이렇게 하면 한쪽 끝에 개구부가 있고 다른 쪽 끝에는 탈착식 뚜껑이 있는 튜브가 생성됩니다.
- 드릴 비트를 사용하여 뚜껑 중앙에 2.5cm 구멍을 뚫습니다. 스텝 드릴 비트는 사용하기 쉽고 효과적입니다.
- 튜브의 열린 끝에서 시작하여 뚜껑의 바닥까지 연장하여 수직 슬릿 2개를 6mm 간격으로 자릅니다. 뚜껑 하단의 수직 컷을 사용하여 두 개의 슬릿을 연결하고 플라스틱 스트립을 제거합니다(그림5). 이렇게 하면 센서 헤드의 와이어를 삽입할 수 있는 충분한 간격이 생성됩니다.
- 폴리 프로필렌 메쉬 천의 직경 6cm 원형 조각을 잘라. 뚜껑과 튜브 사이에 메쉬를 놓고 뚜껑을 조입니다.
- 캘리브레이션 센서 헤드의 8구 단자 스트립을 튜브에 삽입하여 와이어가 4.3.3단계에서 생성된 간격을 아래로 미끄러지게 합니다.
- 4구 단자 스트립의 긴 프롱을 튜브의 개방단면에 테이프로 하여 상부 갈래가 튜브에서 멀어지도록 하고 교정 케이블의 2구 소켓 스트립에 쉽게 연결할 수 있도록한다(도 5).
- 부착 된 센서 헤드가있는 용기를 60 °C 건조 오븐에 48 시간 동안 놓고 습기를 제거하십시오.
- 센서와 토양을 보정합니다.
- 0.0001 g의 정밀도로 저울에 있는 교정 센서 헤드와 함께 빈 오븐건조 교정 용기를 계량합니다. 이 측정은 이후 단계에서 중량 측정 수분 함량(GWC)을 계산하는 데 사용됩니다.
- 일정한 온도를 유지할 수 있는 환경에서 교정을 수행합니다.
- 보정을 위해 바이오크러스트 토양을 준비합니다.
- 교정 튜브의 뚜껑을 제거하고 동일한 직경의 바이오 크러스트 조각을 잘라 금형으로 스레드 끝을 사용합니다. biocrust는 당겨질 때 관에 남아 있어야 합니다 그러나 관에서 그것을 지키기 위하여 약간의 도움이 필요할 수 있습니다.
- 손가락을 사용하여, 바이오 크러스트 의 상단의 3-5mm가 튜브에 남아 있도록 튜브의 절단 끝에서 바이오 크러스트 샘플을 밀어. 바이오 크러스트의 바닥이 튜브의 바닥과 플러시되도록 튜브의 나사 끝에서 밀려 초과 토양을 긁어.
- 6cm 직경의 폴리프로필렌 메쉬를 나사 끝, 바이오크러스트 아래에 놓고 뚜껑을 단단히 조입니다.
- 바이오크러스트 샘플을 적시고 센서 헤드를 기판 상단에 부드럽게 고정하여 프롱이 완전히 묻히게 합니다. 센서 헤드가 제자리에 있고 교정 중에 움직이지 않도록 전선을 구부려야 할 수 있습니다.
- 교정을 위해 미네랄 토양을 준비합니다.
- 센서가 배치될 영역에서 상부 5mm에서 토양을 수집합니다.
- 토양에서 큰 바위와 유기 물질을 제거하기 위해 2mm 체를 사용합니다.
- 뚜껑과 튜브 사이에 고정 된 직경 6cm 폴리 프로필렌 메쉬로 뚜껑을 단단히 조여 있는지 확인하십시오.
- 체가 있는 토양을 교정 용기에 넣고 용기 바닥을 6mm 깊이로 덮습니다.
- 토양 샘플을 적시고 기판 상단에 센서 헤드를 부드럽게 고정하여 프롱이 완전히 묻히게 합니다. 센서 헤드가 제자리에 남아 있고 교정 중에 움직이지 않도록 전선을 구부려야 할 수 있습니다.
- 표면에 광택 있는 물 층이 보일 때까지 탈이온수로 기판(바이오크러스트 또는 토양)을 포화시.
- 포화 기판을 하룻밤 동안 건조시키십시오.
- 측정을 시작하기 전에 센서 헤드가 여전히 제자리에 있고 프롱이 모두 기판에 완전히 묻혀 있는지 확인하십시오.
- 표면에 광택 층이 표시 될 때까지 탈이온수로 기판을 포화.
- 기판을 15분 동안 건조시고 건조시면 됩니다.
- 교정 토양 수분 케이블의 2구 소켓 스트립을 4구 단자 스트립의 내부 두 갈래에 연결합니다.
- 1분마다 측정값을 기록하도록 데이터 로거를 프로그래밍합니다.
- 데이터 로거를 켜면 저항 측정 수집이 시작됩니다.
- 건조를 촉진하기 위해 분동이 기록되지 않을 때 는 캘리브레이션 용기 위로 공기를 부드럽게 불어 팬에 놓습니다.
- 표면에 광택이 보일 때까지 탈이온수로 기판을 적시다.
- 종이 타월에 젖은 토양이 있는 교정 용기를 놓고 떨어지는 물을 흡수합니다.
- 교정 토양 수분 와이어를 4구 단자 스트립에서 분리합니다.
- 용기를 가볍게 두드려 떨어지는 물을 배출합니다.
- 캘리브레이션 용기를 저울에 놓기 전에 팬을 끕니다.
- 용기를 저울에 놓고 무게와 측정 시간을 기록합니다.
- 토양 수분 와이어를 4구 단자 스트립에 다시 연결합니다.
- 교정 용기를 종이 타월에 다시 놓습니다.
- 팬을 켜서 건조를 가속화합니다.
- 기판이 완전히 공기 건조 될 때까지 15 분마다 분당 분가 를 기록하십시오. 완전한 건조는 측정 사이의 교정 용기 중량의 거의 또는 전혀 변화가 없음으로 표시됩니다.
- 교정 용기, 교정 센서 헤드 및 기판을 60°C 건조 오븐에 48시간 동안 놓습니다.
- 오븐에서 말린 기판, 용기 및 센서 헤드의 무게를 측정합니다.
- 센서 교정 데이터 분석.
- 4.4.34단계에서 결정된 기판이 있는 건조 교정 용기의 중량으로부터 4.4.1단계에서 결정된 건식 교정 용기 중량을 빼서 건식 기판 중량을 계산한다.
- 15분마다 기록된 중량에서 기판(단계 4.4.34)으로 건식 교정 용기 중량을 빼서 각 15분 시점 또는 캘리브레이션에 대한 물 중량을 계산합니다.
- 물 가중치(단계 4.5.2)를 건조 토양 중량(4.5.1)으로 나누어 각 15분 시간대에 대한 GWC를 계산합니다.
- 저항 측정 시간을 4.5.3단계에서 결정된 각 15분 시점의 GWC에 일치시다.
- GWC를 종속 변수로, 지멘스를 독립 변수로 사용하여 회귀 해석에서 캘리브레이션 곡선을 결정합니다(그림6). 상이한 곡선 유형(선형, 전력, 로그학)은 상이한 기판의 교정에 가장 적합할 수 있다.
Representative Results
토양 표면의 소기후를 평가하는 것은 그곳에서 발생하는 생물학적, 화학적, 물리적 프로세스를 이해하고 예측하는 데 필수적입니다. 이들 프로브는 토양 프로파일의 표면 층에서 미기후를 모니터링할 수 있는 강력한 기회를 제공하므로토양(11,12)의최상위 수 밀리미터에서 발생하는 생물학적 활성의 평가에 유용하다. 이러한 프로브는 바이오크러스트의 온도와 수분이 그 기능에 중요할 수 있기 때문에 생물학적 토양 지각 활성에 대한 제어를 평가하기 위해 개발 및 정제되었다2,8,10,12,15. 그러나 이러한 프로브는 건조지의 광합성 토양을 위해 개발되었지만, 토양 깊이 프로파일에 따라 온도와 수분이 어떻게 변하는지 평가할 뿐만 아니라 광범위한 시스템에서 이를 구현할 수 있는 강력한 잠재력이 있습니다. 예를 들어, 이러한 센서는 열대 우림 온난화 실험에 배포되어 온난화 처리와 기후의 자연적인 변화가 어떻게 상호 작용하는지 확인하여 토양 공정, 온도 및 수분의 동변을 결정합니다.
그럼에도 불구하고 토양 표면 센서를 구현하기 전에 몇 가지 주요 고려 사항이 있습니다. 예를 들어, GWC와 같이 일반적으로 사용되는 토양 수분 측정값으로 저항 단위를 변환하기 위해 교정 곡선을 개발해야 합니다. 토양 표면 센서는 지멘스(1/Ohm)의 금속 프롱과 출력 전도도(저항의 역) 값 사이의 저항을 측정합니다. 따라서 지멘스에서 토양 수분으로의 변환이 수행되어야 합니다. 토양 기판의 여러 화학적 및 물리적 특성은 지멘스에서 센서의 전도도 측정값과 토양 수분 사이의 관계에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 프로브 판독값을 토양 수분 값으로 변환하기 위해 기판별 교정을 수행하는 것이 중요합니다. 이러한 차이를 보여주는 3개의 기판으로부터의 교정 데이터가 도시된다.
그림 6은 각각 자체 프로브가 있는 3개의 토양 기판 각각에 대한 두 개의 샘플에 대한 건조 교정 데이터를 도시합니다. 기판은 표면에 소량의 물이 보일 때까지 완전히 포화되었다. 프로브 저항및 토양 분동은 모든 시료가 건조될 때까지 15분마다 측정되었습니다. 토양 질량은 이어서 GWC를 계산하는데 사용되었다. 도 6은 각 샘플에 대한 전도도 및 GWC의 회귀를 나타낸다. 이러한 캘리브레이션에 사용되는 기판에는 푸에르토리코 엘윈케 국유림의 실험 현장 스테이션에서 채취한 실트 로암 토양(23% 모래, 64% 실트 및 13% 점토)이 포함됩니다. 유타 주 캐슬 밸리 근처에서 수집된 이끼가 지배하는 바이오크러스트; 유타 주 모압 근처의 실험 온난화 플롯에서 미세한 모래 토양(모래 92%, 실트 3%, 점토 5%)을 제거합니다.
기판별 센서 교정의 필요성은 각 기판에 대한 프로브 전도도 및 토양 수분의 변화에 의해 입증됩니다. 예를 들어, 실트 로암 토양샘플에대한 회귀는 다른 두 토양 기판과 구별되었다. 따라서, 이끼 바이오 크러스트에 실트 로암 토양의 회귀 방정식을 적용, 또는 그 반대의 경우도 마찬가지, 극적으로 다른 값으로 이어질 것입니다. 한편, 미세한 모래 토양에 대한 GWC와 프로브저항(도 6c)및 이끼 바이오크러스트(도6b)의관계는 유사하였다. 그러나, 미세한 모래 토양은 이끼만큼 많은 물을 보유할 수 없었고 그에 상응하여 훨씬 더 빠른 건조를 경험했다. 기판 내에 변동이 있으므로 정확한 교정 곡선을 생성하고 모든 현장에 대해 개별 교정 곡선을 생성할 수 있을 만큼 큰 샘플 크기를 가지는 것이 중요합니다.
실험 환경에서 이러한 토양 표면 센서는 미국 유타 주 모압 근처의 기후 조작 연구의 처리 효과를 평가하는 데 사용되었습니다. 이 연구는 적외선 램프를 사용하여 동일한 위치에서 플롯의 주변 온도를 4 °C까지 높이고 Wertin 등17에서설명한 유사한 방법을 사용했습니다. 그림 7은 2018년 5월 초에 발생한 두 개의 별도 우천 사건에 대한 가열 및 제어 플롯의 평균 온도 및 GWC를 보여줍니다. 온난화 플롯의 평균 온도는 대조군 플롯의 평균 온도보다 일관되게높았다(그림 7a). 이러한 두 비 이벤트의 과정을 통해 가열 된 플롯의 저항 센서는 컨트롤보다 적은 토양 수분을 등록하고 가열 플롯은 더 빨리 건조(도 7b). 온도가 상승하면19를고려해야하는 토양의 전도도가 높아질 수 있다는 점에 유의해야합니다. 이러한 토양 표면 센서의 온도 및 수분 성분의 감도를 통해 온난화 처리의 온도 차이뿐만 아니라 플롯의 수분 역학에 미치는 영향을 관찰할 수 있었습니다.
온도와 수분의 상호 작용은 미국 콜로라도 고원의 동결 해동 조건 동안 바이오 크러스트에 대한 수분 가용성의 타이밍을 분석하기 위해 이러한 토양 표면 센서를 사용하여 관측 연구에서 추가로 조사되었다. 센서는 주로 이끼 신트리키아 캐니너비스로구성된 바이오크러스트 상위 5mm에 배치되었으며, 2018년 1월과 2월 에는 표면 온도와 습기가 기록되었습니다. 온도가 0°C 미만이면, 이끼표면의 수분이 동결되고, 센서 출력 전도도 값은 0% GWC에 해당한다(도8). 그러나 온도가 0°C를 초과함에 따라, 저항 센서에 등록된 이끼 표면과 액체 물에서 서리가 녹았다. 이 경우, 온도와 수분의 동시 측정은 변수가 잠재적으로 토양 표면에 존재하는 유기체의 생물학적 과정에 영향을 미치는 상호 작용하는 방법을 보여 주었다.
그림 1: 미국 콜로라도 고원의 바이오크러스트 인터스페이스. 많은 사막 생태계에서 식물 사이의 공간은 종종 지의류, 이끼 및 시아노 박테리아로 구성된 바이오 크러스트 커뮤니티로 덮여 있습니다. 두 개의 토양 온도 및 수분 센서를 이끼 바이오크러스트 표면에 배치했습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 8구 단자 스트립을 클리핑합니다. 금도금 단자 스트립은 상단 곡선 프롱이 멀리 향하도록 향합니다. 프롱은 왼쪽에서 시작하여 오른쪽으로 이동하여 1에서 8까지 번호가 매겨져 있습니다. 프롱 2, 4 및 7은 검은 색 플라스틱의 바닥과 플러시 절단된다. 프롱 3, 5, 6은 검은색 플라스틱 아래 5mm로 절단됩니다. Prong 3은 아크 용접 열전대 와이어를 안정화하는 반면 저항은 5와 6 프롱 사이에서 측정됩니다. 이러한 기능은 토양 수분 센서로 기능합니다. 프롱 1과 8은 토양에서 홀드 패스트로 작용한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 완성된 센서 헤드. 수정된 센서 헤드와 써모커플 케이블은 액체 전기 테이프로 덮여 있습니다. 프롱 5와 6(수분 센서)을 청결하게 유지하고 액체 전기 테이프로 코팅하지 않도록 하여 저항 측정에 영향을 미치는 오염이 없도록 하는 것이 중요합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 교정 센서 헤드. 4구 단자 스트립은 와이어에 납땜되어 수정된 센서 헤드에서 멀리 향하게 됩니다. 수분 밀봉 열 수축은 전선 사이의 누화를 방지하기 위해 터미널 스트립 에 가까운 장소에 고정되어 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 교정 용기 및 센서 헤드. 4-갈래 단자 스트립은 용기에 테이프를 붙이고 2구 소켓 스트립에 쉽게 연결할 수 있도록 방향을 정합니다. 이 배치를 통해 센서 헤드를 절단 슬릿에 넣고 관심 있는 기판에 고정할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6: 3개의 토양 기판에 대한 센서 교정. 기판 건조 시 토양 질량을 측정하여 계산된 중량 측정 수분 함량(GWC) 백분율은 프로브의 토양 센서 전도도 값(Siemens에서 측정)과 비교했습니다. 표시된 데이터는 각각 3개의 별개의 토양 기판에서 2개의 샘플에 대한 것입니다. 토양 기질은(a)실트 로암 토양,(b)이끼 바이오크러스트, 및(c)미세한 모래 토양이었다. (a)GWC와 전도도 값의 관계는 주로 실트 로밍 토양에서 전력 회귀로 가장 잘 나타났다. (b)GWC및 센서 전도도의 강한 선형 관계는 이끼 신트리키아 캐니너비스에의해 지배되는 바이오크러스트에 대해 관찰되었다. (c)선형 회귀는 미세한 모래 토양에서 GWC와 센서 전도도 측정 사이의 관계를 가장 잘 나타냈습니다. GWC 값이 높을 때 전도도 값은 교정 곡선과 분기되어 토양이 포화될 때 센서의 잠재적 한계를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7: 현장 적외선 온난화 처리를 통해 온도 및 중량 측정 수분 함량. 시간당 평균 표면 온도와 GWC는 4일 동안 5개의 온난화 및 5개의 제어 플롯에서 10분 간격으로 기록되었습니다. 데이터는 미국 콜로라도 고원의 반 건조 대초원 생태계에서 글로벌 변화 실험에서 나온것입니다. 데이터는 토양 표면 센서가 처리 효과를 포착했다는 것을 보여줍니다. (a)토양 표면의 평균 온도는 따뜻하게 된 플롯에서 일관되게 높았다. (b)온난화의 영향은 GWC 값에서도 명백하였고, 온난화 된 플롯 토양이 더 빠른 건조 시간을 유지한다는 것을 보여 주었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 8: 서리 발생 시 이끼 바이오크러스트 온도 및 중량 측정 수분 함량. 2018년 1월 24일 오전 9:50부터 2018년 1월 25일 오전 11:20까지 10분 간격으로 기록된 Syntrichia caninervis 이끼 바이오크러스트 4개의 평균 표면 온도 및 GWC. 야간 시간은 음영이 없는 영역의 회색 음영 영역과 주간 시간으로 표시됩니다. 이끼 표면에 서리 형태로 물이 얼어 붙을 때 센서에 의해 측정된 전도도는 없었습니다. 따라서, GWC는 0이었다. 동결 조건은 토양 온도가 0 °C 이하로 떨어졌기 때문에 밤 직후에 발생했습니다. 해동은 서리가 녹고 센서에 의해 액체 물이 검출되었을 때 온도가 0 °C 이상으로 상승함에 따라 일출 직후에 발생했습니다. 이러한 결과는 다양한 생물학적 공정에 중요한 영향을 미칠 수 있는 액체 물과 얼음을 구별할 때 센서의 효과를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Discussion
토양 표면 온도 및 수분 프로브는 토양 표면의 온도 및 수분 함량을 분석하는 효과적인 도구가 될 수 있습니다. Weber et al.11에서개발한 Biocrust 습감 프로브(BWP)를 제외하고, 일반적인 토양 온도 및 수분 센서는 토양 표면의 상단 수 밀리미터에서 이러한 환경 변수를 명시적으로 측정하지 않습니다. 개발 당시, BWPs는 온도20이아닌 표면에서 토양 수분만을 추정했다. 가이드로 사용되는 원래의 BWP 설계를 통해 이 원고에 설명된 프로브는 온도와 수분을 동시에 측정하여 이러한 환경 변수가 토양 표면의 생물학적, 화학적, 물리적 공정과 상호 작용하는 방식을 평가하기 위해 개발되었습니다.
이러한 프로브의 최적 작동을 보장하기 위한 여러 가지 고려 사항이 있습니다. 센서를 구축하는 동안 내부 덮개를 잘라 내고 기본 금속 와이어를 노출하지 않도록 주의하는 것이 중요합니다. 이것은 전선 간의 전도도 및 크로스토크의 변화로 이어질 수 있습니다. 또한 동일한 환경에서 각 프로브에 대한 열전대와 저항 센서를 모두 테스트하여 제대로 구성되고 판독값의 변동이 토양 기판의 물리적 및 화학적 차이로 인한 것이 있는지 확인하는 것이 중요합니다. 측정. 교정 과정에서 토양 또는 바이오크러스트 기판의 변동을 적절히 고려하려면 충분한 수의 저항 및 GWC 교정이 중요합니다. 또한, 전기 분해 또는 부식으로 인해 시간이 지남에 따라 이러한 프로브가 '드리프트'하는 것이 일반적이기 때문에 습식에서 건식까지 동일한 프로브와 기판 조합을 두 번 테스트하는 것이 가장 좋습니다. 또한, 교정 중에 프로브 길이(즉, 6~7mm 사이)를 수용할 수 있을 만큼 충분히 깊은 얕은 기판 샘플을 사용하여 측정된 물 분동이 주로 전도도 측정 영역에서 물에서 발생하도록 하는 것이 중요합니다. (프로브 사이 와 주변). 이를 통해 토양의 물 질량 변화가 프로브의 저항 측정 변화와 직접적인 관련이 있습니다. 마지막으로, 이러한 프로브를 현장에 배치할 때, 전도도 측정의 간섭을 제한하지만 센서가 위치를 이동하지 않도록 할 수 있는 토양 표면(예: 전도성 정원 지분 포함)에 프로브를 적절히 고정하는 것이 중요합니다. 장기 측정의 품질을 떨어뜨릴 수 있습니다.
또한 이러한 센서의 몇 가지 제한 사항에 유의하는 것이 중요합니다. 저항 프로브의 길이는 5mm에 불과하기 때문에 기판의 큰 공기 충전 기공 공간에 의해 측정이 크게 영향을 받을 수 있습니다. 프로브를 따라 큰 공기 갭은 기판의 연결을 감소시키고 일반적으로 낮은 측정 전도도 따라서 더 낮은 추정 된 수분 함량으로 이어질, 이는 큰 규모에 걸쳐 실제 토양 수분의 반영되지 않을 수 있습니다. 마찬가지로, 토양의 화학 조성은 토양 수분 측정값에 영향을 미칠 수 있습니다. 더 높은 살은 전도도를 증가시키고 더 높은 지멘스 값21로이끌어 낼 것입니다. 두 가지 문제는 적절한 기판별 교정으로 해결해야 합니다. 그러나 일부 토양은 화학적 차이를 유지하거나 이러한 센서의 열악한 환경을 만들 수 있는 큰 기공 공간 구조를 가질 수 있습니다. 온도는 또한 토양의 전기 전도도에 영향을 미치므로15로간주해야합니다. 미래에는 이러한 센서를 사용하여 온도가 측정된 기판의 저항을 어떻게 변화시키는지 결정하기 위해 온도 교정을 수행해야 합니다.
Weber et al.11에서개발한 Biocrust 습감 프로브와 마찬가지로 이러한 센서 교정은 중간 수분 함량에서 저항 측정이 신뢰할 수 있지만 매우 높고 낮은 수분 함량에서 약간의 이상이 있음을 보여줍니다(그림 6). 또한, 드라이다운 교정 중에 기판 시료에 물이 남아 있을 때 저항 값이 때때로 0을 읽습니다. 이는 교정 용기내의 기판양이 센서에 의해 측정된 영역보다 약간 더 크기 때문일 수 있습니다. 물이 저항 영역 외부에 있으면 기판에 수분이 있는 동안 센서가 0을 읽습니다. 저항 측정을 손상시키지 않으면서 기판 크기를 줄이기 위해 주의를 기울여야 했습니다. 수분 함량이 증가함에 따라 기판 내의 저항 값이 감소하여 지멘스 출력이 증가합니다. 그러나 가장 높은 수분 함량에서는 수분 함량이 증가함에 따라 저항 값이 증가합니다. 이는 그림 1C에서볼 수 있는 교정 데이터의 "후크"로 이어집니다. 이 후크는 교정에 사용되는 각 기판에 존재했지만 미세한 모래 토양에서 가장 두드러졌습니다(그림 6). Weber 등11은 높은 수분 함량에서 비정상적인 저항 증가의 잠재적 인 원인은 추가물이 포화 토양에서 이온을 희석시켜 저항을 증가시킨다는 것을 시사합니다.
이러한 센서는 현재 기존 멀티플렉서 및 데이터 로거 기술을 사용하는 데 의존하고 있습니다. 멀티플렉서를 사용하면 센서를 "끄고" 프로그래밍된 시간에 센서에 전류만 전송할 수 있습니다. 이렇게 하면 토양 수분 센서 단자부가 부식되는 것을 방지할 수 있습니다. 다른 전자 회사들은 프로브를 위한 데이터 로거 및 멀티플렉서 대안을 제공하며, 프로그래밍 가능한 회로 기판과 컴퓨터는 토양 온도 및 수분 센서의 무선 설계를 위해 통합될 수 있습니다. 흥미 진진한 진보.
센서를 설계하고 구축하면 연구원이 프로브를 사용자 정의할 수 있습니다. 프롱의 길이와 방향은 다른 매체 또는 다른 깊이에서 수분을 더 잘 평가하기 위해 조작될 수 있습니다. 사용자 지정 배선은 동일한 케이블에서 방출되는 여러 센서 헤드가 있는 설계를 허용하도록 주문할 수 있습니다. 저렴한 데이터 로깅 및 멀티플렉서 옵션을 추가한 이 센서는 연구원이 토양 표면의 온도와 토양 수분을 측정할 수 있는 저렴하고 접근 가능한 옵션을 제공합니다. 여기에는 서리 및 이슬 형성과 같은 이벤트를 포착하기 어려운측정(그림 8)및 온난화와 같은 실험적 치료 효과(그림7)가포함됩니다. 이 백서는 온도와 수분을 동시에 측정하는 토양 표면 센서를 구축하기 위한 단계별 가이드를 제공하며, 바이오크러스트 지역 사회의 환경과 다른 많은 토양 유형의 서핑 레이어를 평가하는 데 관심이 있는 사람이 라면 누구나 사용하고 정제할 수 있습니다.
Disclosures
저자는 공개 할 것이 없다.
Acknowledgments
로빈 레이볼드(Robin Reibold)는 세심한 아크 용접과 카라 라우리아(Cara Lauria)의 정밀도에 대해 감사드립니다. 우리는 이 원고의 이전 초안에 대한 유용한 의견에 대해 스티브 픽 박사와 3명의 익명 리뷰어들에게 감사드립니다. 이 작품은 미국 지질 조사 토지 변경 과학 프로그램과 미국 과학국, 생물 및 환경 연구 지상 생태계 과학 프로그램 (상 89243018SSC00017 및 DESC-0008168)에 의해 지원되었습니다. BW의 작품은 독일 연구 재단에 의해 지원되었다 (그랜트 WE2393/2-1, 2-2), 막스 플랑크 사회와 그라츠 대학에 의해. 무역, 회사 또는 제품 이름을 사용하는 것은 설명적인 목적으로만 사용되며 미국 정부의 승인을 의미하지는 않습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Single sensor audio cable | alliedelec.com | Allied Stock #: 70004848 | Cable; 1Pr; 22AWG; 7x30; TC; PP ins; Foil; Black PVC jkt; CMR |
| Double sensor audio cable | alliedelec.com | Allied Stock #: 70004635 | Cable; 2Pr; 22AWG; 7x30; TC; PP ins; Foil; Black LSZH jkt; CMG-LS |
| Thermocouple cable | Omega.com | Part #: TT-E-24-TWSH-SLE-(Desired length) | Type E, 24 ga, PFA (teflon coated), twisted shielded, special limits of error |
| Eight prong terminal strip | Samtec.com | MTSW-108-21-G-S-1130-RA | |
| Four prong terminal strip | Samtec.com | MTSW-104-21-G-S-1130-RA | |
| Two prong socket strip | Samtec.com | SSW-102-03-G-S | |
| 0.13" moisture-seal heat shrink tubing | McMaster.com | Part #: 7861K51 | |
| 0.25" moisture-seal heat shrink tubing | McMaster.com | Part #: 7861K53 | |
| 0.38" moisture-seal heat shrink tubing | McMaster.com | Part #: 7861K54 | |
| 0.5" moisture-seal heat shrink tubing | McMaster.com | Part #: 7861K55 | |
| Liquid electrical tape | McMaster.com | Part #: 76425A23 | |
| Metal film resistor | Newark.com | Part #: RN55C1001BB14 | |
| Voltage divider resistor | Newark.com | Part #: 83F1210 | |
| 16- or 32-Channel Relay Multiplexer | campbellsci.com | AM16/32B | This relay multiplexer is critical for the sensors to function correctly |
| CR1000X Measurement and Control Datalogger | campbellsci.com | CR1000X |
References
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